maxanova
.pdfтеплостойкость, а при смешении с бутилкаучуком – удельную вязкость и стойкость к растрескиванию. Стойкость к растрескиванию можно повысить снижением плотности полимера, путем полимеризации этилена с пропиленом, бутиленом и другими мономерами, либо добавлением полиизобутилена, бутилкаучука, а также при хлорировании, бромировании или сульфировании.
При напряженных механических воздействиях в полиэтилене могут протекать реакции деструкции, сшивания и окисления, а при переработке полимера в обычных условиях эти реакции практически не значительны. Полиэтилен стоек при нагревании в вакууме или в атмосфере инертного газа, только при температуре выше 2900С происходит термическая деструкция, а при 4750С – пиролиз с образованием твердых и газообразных продуктов.
Под влиянием света происходит старение полиэтилена, что связано с деструктивными и структурирующими процессами. Старение под действием света значительно выше, чем под влиянием тепла. Особенно полиэтилен чувствителен к воздействию ультрафиолетовых лучей. Пленка из него пропускает свыше 90% УФ-излучения, что позволяет использовать в качестве покрытия для теплиц. Для защиты от старения полимера используют светостабилизаторы – сажа, производные бензофенонов и т.п., антиоксиданты – ароматические амины, фенолы, фосфиты, серосодержащие фенолы и др.
Полимер этилена физиологически безвреден и не выделяют опасных веществ для здоровья.
В промышленности полимеры этилена получают путем полимеризации по радикальному механизму сжиженного мономера (полимеризация в массе) – полиэтилен высокого давления (ПЭВД). Полимеризация этилена при низком давлении (ПЭНД) идет по ионному механизму в присутствии катализатора Циглера–Натта [Аl(C2H5)3 + TiCl4 или
Ti(OR)4] в суспензии при температуре ниже 950С или в растворе при 1300С и выше. Полимер среднего давления (ПЭСД) получают также в суспензии или в растворе в присутствии металлических катализаторов (оксиды хрома, молибдена).
Полиэтилен и композиции на его основе – полимеры с чрезвычайно широким набором свойств и используется в больших объемах для самых различных целей, вследствие чего полиэтилен считают королем пластмасс. Из полиэтилена изготовляют емкости для хранения агрессивных сред, аппараты, оборудования, арматуру, вентиляционные установки, струйные, центробежные насосы, шланги, конструкционные детали для машин, отстойники, оросительные колонны. Полимер используют для производства труб разного назначения, магистральных трубопроводов, санитарнотехнических изделий. Полиэтилен применяют для изоляции проводов, кабелей, как диэлектрики в высокочастотных и телевизионных установках, как пористый тепло- и звукоизолирующий материал.
При строительстве каналов в качестве облицовочного материала вместо бетона используется полиэтиленовая пленка.
Из полиэтилена получают высокопрочные волокна, пленки технического и бытового назначения, из него изготовляют предметы домашнего обихода (ведра, тазы, бочки, бутыли, флаконы, ванны, корзины и др.). Пленка, пропускающая более 90 % ультрафиолетового излучения, используется при сооружении теплиц.
Полиэтилен и его композиции занимает первое место в мировом производстве полимеризационных пластмасс. Такое широкое применение и большое производство полиэтилена обусловлено сочетанием его ценных свойств со способностью, перерабатываться при температуре 1200-2800С всеми известными методами, применяемыми при переработке тер-
мопластов. Полиэтилен – один из самых дешевых полимерных пластиков.
Полимеры этилена, сополимеры, композиты и комбинированные материалы на их основе находят широкое применение в пищевой промышленности. Как конструкционные материалы и покрытия в пищевом машиностроении. Аппаратура для пищевых продуктов изготовляется из стеклопластиков, плакированных химически стойкими термопластами как полиэтилен и др. В рыбоперерабатывающей, консервной и молочной промышленности и др. широко используются транспортные ленты, приводные ремни, уплотнительные рукава, прокладки молочных пастеризаторов, аппаратов и машин винодельческого, пивоваренного производства. Данные изделия в основном изготовляются из теплостойких пищевых резин, представляющих собой легкое коррозионностойкие полимеры этилена и композиций на их основе.
В пищевой промышленности важное значение имеют полимерные антиадгезионные покрытия, которые наносят на металлические и др. конструкции. Чтобы предотвратить прилипание сырья, полуфабрикатов к поверхности оборудования. Такие антиадгезионные покрытия получают нанесением порошков модифицированных полиэтиленов высокой плотности и других методом напыления. Их используют в тесторазделочных линиях хлебопекарных предприятий, в механизированных линиях изготовления кулинарных изделий, при выпечке мясных продуктов, ветчины, хлебобулочных изделий, при транспортировке фарша, замораживании пельменей и др. Антикоррозионные покрытия наносят на внутренние поверхности больших емкостей, цистерн, бункеров и их соединяющих деталей, из которых поступают сыпучие, пастообразные продукты в расфасовочные, укупорочные автоматы. Понижающие адгезию покрытия позволяют исключить очистку, смазку деталей, что дает возмож-
ность сократить расход пищевых жиров для смазки, улучшить санитарное состояние производственных цехов и качество продукции, а также повышает срок службы и производительность оборудования.
Полиэтилен в комбинации с другими полимерами находит широкое применение как таро-упаковочные материалы. Полиэтилен обладает высокой гнилостойкостью и не разрушается под действием микроорганизмов.
Полимерные пленки изготовляют из полиэтилена низкой и высокой плотности. Полиэтилен низкой плотности, обладая низкой термостойкостью, недостаточной стойкостью к действию жиров и масел, а также значительной газопроницаемостью, в основном используют для свободной и термоусадочной упаковки пищевых продуктов. Полиэтилен высокой плотности используют для упаковки в ограниченном количестве из-за его жесткости.
Полиэтиленовые пленки в основном используются в виде комбинированных упаковочных материалов для охлажденного или соленого мяса, мясных консервов, для замороженной птицы, сыров и др. Свежую рыбу упаковывают в сетки, пакеты из полиэтилена, соленую рыбу расфасовывают в полиэтиленовые банки. Для упаковки мороженной рыбы используют полиэтилен или картонные коробки, покрытые изнутри слоем полиэтилена, копченную рыбу упаковывают в вакууме в многослойные пленки, в состав которой входит полиэтилен.
Кондитерские изделия упаковывают в комбинированные пленки полиэтилен-фольга и др.
Полиэтиленовые пленки применяют для упаковки хлебобулочные изделия.
Для упаковки молока, кисломолочных продуктов, соков, полуфабрикатов и концентратов также используются различные комбинированные пленки с промежуточным сло-
ем фольги: бумага – фольга – полиэтилен, полиэтиленфталат – фольга – полиэтилен и др.
Для длительного хранения свежих овощей и фруктов используют пленки из полиэтилена.
Полиэтилен различных марок выпускают в России и за рубежом под названиями: полиэтилен высокой плотности /полиэтилен низкой плотности соответственно - в Германии (хостален «G»/«LG»), Японии (хейжекс/стафлен), Франции (манолен/ лотрен), Италии (монлен/ фертен), США бакелит/петротен), Великобритании (карлон/алкатен).
5.2 Полимеры пропилена
Полипропилен - [СН2 – CH(СН3) -] n получают путем каталитической полимеризации мономера в растворе или массе (блоке) в присутствии комплексного катализатора Циглера–Натта.
Полипропилен представляет собой термопластичный линейный полимер, имеющий аморфную и стереорегулярную структуру. Стереорегулярный полипропилен –твердый кристаллический полимер с высокими физикохимическими, механическими и диэлектрическими свойствами. Температура плавления 1670-1720С, плотность 0,90 – 0,93 г/см3, молекулярная масса 75000–200000. Полипропилен устойчив к действию многих агрессивных сред даже при повышенной температуре, только при присутствии сильных окислителей (концентрированной азотной, серной кислот, хромовой смеси) темнеет и разрушается при длительном контакте с ними. Изотактический полипропилен в обычных условиях не растворяется в органических растворителях, только при повышенных температурах ограниченно растворим в ароматических и гидроароматических углеводородах.
Чистый полипропилен - бесцветный полимер без запаха и вкуса, физиологически безвреден. Для него харак-
терна очень низкая газо- и паропроницаемость. Полипропилен в тонких пленках отличается высокой прозрачностью (пленки его прозрачнее пленок полиэтилена). Он плохо проводит тепло.
Механические свойства полипропилена определяются его структурой. Для стереорегулярных полимеров характерна высокая стойкость к многократным изгибам, высокая ударная прочность. Ориентированные пленки, волокна полипропилена сохраняют свою гибкость при температурах значительно ниже температуры стеклования (-1000С). Материалы из полипропилена обладают большой износостойкостью, сравнимой с износостойкостью изделий из полиамидов. Неполярность структуры полипропилена обуславливает низкую адгезию к большинству материалов, поэтому основным методом соединения деталей из него является сварка.
Полипропилен отличается хорошими диэлектрические свойства. Они практически не изменяются при длительной выдержке в воде, а диэлектрическая проницаемость почти не зависит от частоты поля и температуры.
Полимер из пропилена обладает высокой термостойкостью. Термическая деструкция полимера при нагревании в отсутствие воздуха становится заметной при 3000С, что значительно выше области температур эксплуатации изделий.
Для улучшения отдельных показателей материала при сохранении основного комплекса свойств полимера проводят модифицирование полипропилена путем направленного изменения его структуры или состава. Модификацию осуществляют следующими способами: сополимеризацией пропилена с другими мономерами, введением в макромолекулы полимера функциональных групп, воздействием на надмолекулярную структуру полимера, а также созданием композиций с помощью различных добавок органического и неорганического происхождения.
Приведенные физико-механические, химические свойства полипропилена обуславливает широкий спектр применения в разных отраслях промышленности и техники химической, автомобильной, строительной, электротехнической, пищевой, легкой, медицинской и др.
Химическая промышленность и смежные с ней отрасли являются основными потребителями полипропиленовых труб, листов и толстых пленок. Высокая механическая прочность и химическая стойкость полимера позволяют заменить нержавеющую сталь на более дешевый полипропилен. Футеровка им аппаратуры, трубопроводов, арматуры для агрессивных сред, вытяжных газоходов для горючих и корридирующих газов, изготовление узлов, деталей фильтров и очистных сооружений, вентили, насосы, бачки, химическая посуда и много другое.
Вавтомобильной промышленности, машиностроении из полипропилена изготовляют педали систем управления, пропеллеры вентиляторов, панели, ящики, детали внутренней облицовки салона, электроприборов, радиоприемников, корпуса аккумуляторов, детали общемашиностроительного назначения и др.
Вэлектро-, радиотехнической промышленности, электронной технике полипропилен вытесняет металлы и используется в основном как конструкционные, электроизоляционные материалы для изготовления корпусов, панелей радио-, теле-, видеоаппаратуры, магнитофонов, конденсаторов, индукционных катушек, приборов, радарных установок
идр.
Особое значение для строительства приобрела полипропиленовая пленка как гидроизоляционный материал. Порошок полипропилена добавляют для изготовления специальных асфальтов. Полипропилен идет на армирование цемента, при этом получается строительный материал, близкий к асбестоцементу.
Впищевой промышленности, полипропилен находит самое различное применение. Из полипропиленового материала изготовляют емкости для обработки и упаковки вареной ветчины, колбасных продуктов, емкости для варки рыбы, ванны для обработки цитрусов и производства мармелада, контейнеры для хранения и перевозки различных пищевых продуктов и др. Из полипропилена производят консервные банки, различные упаковочные емкости и всевозможные пленки: безусадочные и самоусаживающиеся, водонепроницаемые и паропроницаемые и др.
Вытесняя металлы в пищевом машиностроении, полипропилен используют для изготовления различных деталей бытовых приборов – кухонных комбайнов, электромясорубок, посудомоечных машин, холодильников, смесителей, кофемолок и др.
Врыбоперерабатывающей, консервной, молочной, мясной, мукомольной промышленности, в зерновом хлебопекарном производстве и др. широко распространены транспортерные ленты, приводные ремни, которые изготовляют из легких, прочных, коррозионностойких полимеров – полипропилена, полиэтилена высокой плотности и полиамидов.
Важное значение в пищевой промышленности имеют полимерные антиадгезионные покрытия, которые наносят на металлические конструкции, для предотвращения прилипания пищевого сырья и полуфабрикатов к поверхностям оборудования. Такими свойствами (низкой адгезией) обладают покрытия, получаемые при нанесении суспензий полипропилена или фторопластов, или других лаков и смол.
Для упаковки пищевых продуктов используют одно-, многослойные пленки; комбинированные материалы на основе бумаги, пропитанной полимерными композициями, а также на основе алюминиевой фольги или бумаги с полимерными покрытиями. В состав таких упаковочных изделий входят полимеры пропилена. Ими упаковывают заморожен-
ные мясо и птицы, мясо после тепловой обработки, колбасные и сосисочные изделия, плавленый сыр, молочные продукты, хлебобулочные, кондитерские изделия, полуфабрикаты, концентраты и др.
Полипропилен в медицинской промышленности применяют для изготовления лабораторной посуды и приборов, шприцы, хирургические принадлежности, лейкопластыри и противоожоговые повязки и др. Детали сложных медицинских аппаратов, таких как аппарат «искусственная почка», производят из полипропиленовых материалов. Изделия из полипропилена можно стерилизовать при высокой температуре. Это позволяет подвергнуть специальной обработке пищевые продукты и изделия медицинского назначения и многократно их использовать.
Широкое применение изделия из полипропилена находят в сельском хозяйстве и сельскохозяйственном производстве в качестве трубопроводов для оросительных систем, деталей доильных аппаратов, конструктивные элементы батарей птицефабрик, ящики для хранения яиц, фруктов, овощей, шпагаты для перевязки кип сена, ленты для подвязки виноградных лоз и др. Высокая прозрачность и прочность обеспечивают замену стекла в теплицах, парниках.
Полимер пропилена, обладая высокой эластичности, хорошей окрашиваемостью, теплостойкость, химической стойкостью широко используется в легкой промышленности для изготовления различных изделий. Из него делают абажуры, плафоны для бытовых светильников повышенной мощности. Из полипропилена делают вазы, тарелки, цветочницы, стаканы, блюда, коробочки для парфюмерии, игрушки, каблуки для дамской обуви, щетки автомобилей для подметания улиц. На его основе организовано производство ковровых изделий. Ковры из полипропилена красивы, обладают повышенной стойкостью к истиранию и более дешевы, чем ковры из традиционных материалов. Такие ковро-
вые изделия можно использовать для покрытия футбольных полей как «искусственная трава». Волокно из полипропилена по прочности превосходит все известные природные и синтетические волокна. Из полипропиленового волокна и пряжи, производят одежду, сумки, чемоданы, обивочные материалы и другие изделия широкого потребления.
Полипропилен в других странах называют моплен (Италия), гостален (Германия), пропатен (Великобритания), профакс, полипро, олеформ (США), данлай, донбанд (Япония) и др.
5.3. Полимеры изобутилена
СН3
|
Полиизобутилен [ - СН2 – С - ]n - полимер
|
СН3 изобутилена, получаемый при полимеризации в присутствии
катализаторов. Он представляет собой неполярный регулярный полимер, устойчив к действию кислорода и озона при нормальных температурах, стоек к воде, разбавленной и концентрированной серной, соляной, уксусной и муравьиной кислотам, а также разбавленным и концентрированным щелочам аммиаку, растворам солей, перекиси водорода. На солнечном свету или при облучении ультрафиолетовыми лучами полимер разрушается, не стоек при действии хлора или брома, но стоек к старению. Эластичность полиизобутилена сохраняется до температуры минус 500С, ниже этой температуры полимер постепенно затвердевает и становится хрупким.
Полиизобутилен растворяется в углеводородах, хлоруглеводородах, эфирах, нерастворим в воде, спирте, ацетоне, уксусной кислоте. Он хорошо окрашивается любыми красителями. Введение в полимер наполнителей (сажа, графит и
др.), стабилизаторов (производные нафтиламинов, фенолов и др.) повышает его прочностные свойства и химическую стойкость.
Полиизобутилен смешивается в любых соотношениях с натуральными и синтетическими каучуками, полиэтиленом, поливинилхлоридом, фенолформальдегидными смолами.
Растворы полиизобутилена используется в качестве клеев и для производства липкой ленты. Высокая коррозионностойкость полимера применяется как антикорризионные покрытия для химической аппаратуры, трубопроводов, оборудования пищевых производств, в качестве уплотнительного материала, в производстве водостойких тканей и др.
Полиизобутилен используется в виде гидроизоляционных пленок, прокладочных материалов при сооружении фундаментов и для гидроизоляционных мембран при постройке автомобильных дорог.
Полимеры на основе полиизобутилена выпускают материалы под фирменными названиями: оппанол, динаген (Германия), вистанекс (США) и др.
5.4. Полимеры стирола
Полистирол - [ - СН2 – СН - ]n - один из наиболее
|
С6Н5 известных, достаточно хорошо изученных полимеров. Его
получают путем полимеризации стирола по свободно радикальному и ионному механизмам реакции. Полимеризацию проводят в блоке, растворе, в эмульсии или суспензии.
Полистирол представляет собой бесцветный, твердый, стеклоподобный, термопластичный полимер преимущественно линейного строения. Он обладает хорошими оптиче-
скими свойствами, пропускает до 90 % лучей видимого спектра. Под действием УФ-лучей происходит помутнение и пожелтение полистирола, увеличивается его хрупкость. При температуре выше 800С полистирол имеет каучукоподобный вид, при температуре 260 – 3000С подвергается деструкции с образованием стирола и других веществ. Полимер растворим в мономере, в ароматических углеводородах, сложных эфирах кетонах и др., но не растворяется в спирте, в бензине, простых эфирах, фенолах.
Полистирол отличается большой стойкостью к воде, щелочам, кислотам (особенно, галогеноводородным), но разрушается под действием концентрированной азотной и ледяной уксусной кислоты. Полимер может легко окрашиваться в различные цвета, пропускает до 90 % излучения видимой части спектра.
Для полистирола характерны низкий дипольный момент, высокая стойкость в действию радиоактивного излучения, незначительная диэлектрическая проницаемость и малый угол диэлектрических потерь, поэтому он широко используется в радио технике, телевидении и других отраслях высокочастотной техники.
Полистирольные волокна, нити, пленки применяют в волоконной оптике (передача света и изображения по пучкам волокон), электротехнике и производстве армированных пластиков.
Смесь тонкодисперсного полистирола с порообразователями (например, с азонитрилом диизомасляной кислоты) в прессовом виде при нагревании выше температуры размягчения полимера происходит разложение порообразователя с выделением газов, и полужидкая масса превращается в пенопласт. Охлажденный пенопласт представляет собой исключительно легкий (в 50 раз легче воды) водостойкий прочный материал с превосходными электро-, тепло- и звукоизолирующими свойствами, который применяется как легкие и
прочные конструкции в строительстве, холодильной технике, судостроении, машиностроении.
Полистирол применяют для остекления зданий, изготовления декоративных стекол и цветных плиток для облицовки. Пенополистирол используется в строительстве как гидро-, звуко-, теплоизоляционный материал, как латексные краски, эмали, антикоррозионные покрытия для защиты древесины, бетона и кирпича.
Полистирол, имея строение ароматическое кольцо, легко может подвергаться нитрованию, сульфированию, галогенированию и т.д. и полученные в результате таких реакций продукты используются в производстве ионитов, привитых сополимерных красителей, редокс – полимеров и др.
Интересным в практическом отношении являются полимеры 2,5-дихлорстирола, которые за счет наличия полярных групп (хлора) имеет более высокую теплостойкость, чем полистирол. Симметрическое расположение атомов хлора (пара-положение) в ароматическом кольце полимера взаимно компенсирует дипольные моменты, обусловленные связями С-С1, и в целом макромолекула полидихлорстирола неполярна. Поэтому он, не уступая полистиролу по диэлектрическим свойствам, отличается от него меньшей горючести и большей прочностью на удар. Полимеры с повышенными физико-механическими характеристиками можно получить при сополимеризации стирола с винилкарбозолом, дихлорстиролом, дивинилбензолом, акрилнитрилом и др. или путем создания композиции.
Полистирол безвреден и широко применяется в пищевой промышленности как упаковочный материал (содержание остаточного мономера в полимере не должно превышать 0,1% по массе). В других отраслях промышленности допустимо содержание мономера в полистироле 0,5-0,7%.
Ударопрочные полимеры стирола перерабатываются различными способами для получения листов, пленок, труб, профильных, полых изделий и др.
Изделия из полистирольных материалов склеиваются и свариваются. Они широко применяются для изготовления корпусов и деталей бытовых и промышленных, холодильников, емкостей и сосудов, мебели, корпусов телевизоров, радиоприемников и др., деталей машин и оборудования пищевой и текстильной промышленности.
Полистирольные материалы находят широкое использование для упаковки пищевых продуктов и лекарственных препаратов, изготовления бутылей, посуды разового пользования, игрушек, авторучек и др.
Так, полистирольные пленки для упаковки пищевых товаров – тонкостенные стаканчики разового пользования для продажи соков, пива, горячих напитков, мороженого и т.д. дешевле и гигиеничнее аналогичной тары из бумаги. Тару из пленки применяют также для упаковки молока, сметаны, сыра, творога.
На полистирольные пленки легко наносить печать и подвергать их металлизации. В промышленности выпускаются многослойные пленки, слои которых состоят из полистирола, сополимеров стирола и полимеров на основе производных стирола, а также, разноцветные пленки. Например, в трехслойной пленке для молочной тары - внешние слои ее окрашены в белый цвет, а внутренний – черный, это обеспечивает качественную защиту молока от УФ-излучения и придает изделию привлекательный внешний вид. Многослойные полимерные пленки обладают жесткостью, термостойкостью, повышенной стойкостью к действию масел и жиров, низкой газопроницаемостью, светозащитными свойствами. Они, в основном, используются для упаковки пищевых и фармацевтических продуктов, выдерживающей нагрев ИК-лучами и токами сверхвысокой частоты. Упаковка из
многослойных полистирольных пленок не боится сдавливания и удобна при складировании.
Пенополистирольные пленки используют для изготовления посуды одноразового использования и технической упаковки. Например, свежую рыбу упаковывают в пакеты из пенополистирола, поглощающие жидкость. Для упаковки охлажденного мяса, которые необходимо предохранять от изменения цвета, органолептических свойств и от действия бактерий, применяются пленки из полистирола.
Продукты сульфирования полистирола используют в пищевом производстве в качестве ионитов.
Полистирол, сополимеры, композиции занимают ведущее положение в мировом производстве пластмасс.
Полистиролы, пленки на их основе выпускается в России и других странах под разными торговыми названиями: стирофлекс, норфлекс (Германия), гедекс, стирониль (Франция), каринекс, стирофлекс (Великобритания), сирен, дилен, полифлекс (США).
5.5. Полимеры бутадиена и их производные.
Полимеры на основе бутадиена, его гомологов и производных известны как природного и синтетического происхождения (натуральные, синтетические каучуки).
5.5.1. Натуральный каучук [- СН2– С=СН–СН2-]n
|
СН3 - природный полимер растительного происхождения - по-
лиизопрен (полиметилбутадиен).
Получают его из млечного сока (латекса) тропического дерева – гевеи и других каучуконосных растений (кок-сагыз, тау–сагыз и т.д.) в результате биосинтеза молекул изопрена. Натуральный каучук представляет собой стереорегулярный цис-изомер полиизопрена. Стереорегуляр-
ность полимера предопределяет его степень кристалличности. При ориентации молекул каучука скорость кристаллизации и степень кристалличности возрастают. От них зависят все физико-механические и химические свойства полимеров: прочность, эластичность, устойчивость к различным воздействиям, растворимость и др.
Натуральный каучук – высокоэластичный полимер, сохраняет свою эластичность при низких температурах (- 70°С). Он хорошо растворяется в толуоле, ксилоле, бензине, хлороформе, четыреххлористом углероде, циклогексане, сероуглероде, хуже – в сложных эфирах, высших кетонах, стоек к действию воды. Ненасыщенный характер натурального каучука обуславливает его высокую реакционную способность. Он реагирует с кислородом, галогенами, хлористым водородом и др. В результате взаимодействия натурального каучука с хлороводородом образуется гидрохло-рид каучука, который в виде гидрохлоридкаучуковой пленки используют для упаковки различных продуктов, в том числе пищевых. При взаимодействии натурального каучука с формальдегидом в четыреххлористом углероде в присутствии кислот получают термопластичные продукты, обладающие повышенной стойкостью к действию ароматических растворителей и оснований.
Натуральный каучук легко подвергается деструкции под воздействием кислорода, света, тепла, наряду с деструкцией полимера происходит структурирование. Ионизирующие излучения приводят к интенсивному структурированию натурального каучука, а действие озона ведет к образованию озонидов с последующим их разложением (растрескивание изделий каучука).
Резиновые смеси изготовляются на основе натурального каучука с добавлением наполнителей, пластификаторов, антиоксидантов и антиозонатов, вулканизирующих систем. На их основе производят разнообразные резиновые изделия,
основная область применения – производство шин. Натуральный каучук применяют в кабельной промышленности для изготовления электроизоляционных материалов, в производстве транспортерных лент, приводных ремней, рукавов и др. формовых и неформовых резино-технических изделий, также для изготовления резиновых клеев. Натуральный каучук находит широкое использование в качестве резиновых изделий медицинского, санитарно-гигиенического назначения, товаров широкого потребления (резиновая обувь, детские игрушки и др.), а также в качестве резины в пищевом производстве. Так, при изготовлении дек станков для шелушения зерна эффективно применение резин высокой твердости и износостойкости из композиций, состоящих из натурального каучука и др. компонентов.
Гуттаперча - природный полимер изопрена, получаемого из растения эвкомии и др. По своему химическому составу она состоит из другого геометрического трансизомера. Гуттаперча отличается от натурального каучука (цис-изомера) по своим свойствам и имеет меньшее промышленное применение.
5.5.2.Синтетические каучуки
Синтетические каучуки представляют собой синтетические полимеры, которые подобно натуральному каучуку могут быть переработаны в резину.
Недостача природного натурального каучука в обеспечении потребностей отраслей промышленности привела к поиску новых полимеров. Одним из значительных достижений прошедшего века является успешное решение проблемы промышленного синтеза каучука. На основе исследований российских ученых Кондакова И.Л. Остромыленского Ц.И., Лебедева С.В. были получены синтетические каучуки. В 1932 году впервые в мире в промышленном масштабе осуществлен синтез каучука по способу Лебедева С.В. пу-
тем полимеризации бутадиена, полученного из этилового спирта.
Полибутадиен [-СН2 -СН=СН–СН2-]n образуется в результате полимеризации бутадиена, имеет каучукоподобные свойства. Полимеризация молекул бутадиена в присутствии натрия металлического идет в положении 1,4, ведет к получению полибутадиена – полимера регулярного строения, обладающего свойствами, подобными свойствами натурального каучука. Поэтому такой полимер называют сокращенно
– синтетическим каучуком бутадиеновым – СКБ. Он применяется для изготовления различных резиновых изделий, автомобильных камер, как электроизоляционный материал и др.
Наибольшее применение находят сополимеры бутадиена с акрилнитрилом, стиролом и др. в том числе для тех или иных целей в пищевом производстве.
Полиизопрен [- СН2-СН=С(СН3)СН2-]n - СКИ получают при полимеризации изопрена, аналогичный по своим свойствам на натуральный каучук. В зависимости от способа полимеризации можно получить полимер с нерегулярной структурой (в присутствии перекиси), стеререгулярной – в присутствии катализаторов Циглера-Натта.
Изопреновые каучуки легко смешиваются с различными каучуками, наполнителями и другими ингридиентами. СКИ, получаемые в присутствии катализаторов, применяют вместо натурального каучука при изготовлении разных резиновых изделий. Их можно использовать как самостоятельно, так в сочетании с бутадиеновыми и другими каучуками для производства шин, разнообразных резино-технических изделий различного назначения. Так, они применяют для изготовления резин, которые соприкасаются с пищевыми продуктами, лекарственными препаратами, а так же изделий медицинского назначения, широкого потребления и электроизоляционных материалов.
Бутадиен – стирольные каучуки (С К С)
[- СН2 -СН=СН–СН2–СН2–СН- ]n - сополимер
|
С6 Н5 бутадиена и стирола, в макромолекуле которого присоеди-
нение 1,4 составляет около 80% и в положении - 1,2 - 20%. Звенья стирола распределены в макромолекуле СКС нерегулярно.
Бутадиен – стирольные каучуки растворяются в углеводородных растворителях, нестойки к действию смазочных масел, но стойки к действию кислот, кетонов. По стойкости к воде превосходят натуральный каучук, имеют высокую газопроницаемость. Наличие боковых фенильных групп СКС придает большую стойкость к действию различных видов излучений, чем другие каучуки. Ухудшают физикомеханические свойства СКС действие тепла, кислорода, озона, света.
Резиновые смеси на основе бутадиен-стирольных каучуков имеют сравнительно невысокую клейкость и несколько повышенную (по сравнению со смесями на основе натурального каучука) адгезию к металлу. Вследствие повышенного эластического восстановления резиновые смеси отличаются относительно большой усадкой. При смешивании СКС с натуральным каучуком улучшается клейкость, повышаются физико-механические свойства, температуростойкость. Композиции на основе бутадиен – стирольных каучуков с бутадиен – нитрильным, хлоропреновых каучуков с тиоколом (полисульфидным каучуком) обладают повышенной стойкостью к действию растворителей, а при добавлении полиизобутилена повышаются динамические свойства.
Резины на основе СКС, содержащих активные сажи, достаточно стойки к действию кислот и щелочей, спиртов, кетонов, эфиров, набухают в углеводородах, четыреххлори-
стом углероде, минеральных маслах, растительных и животных жирах. Вулканизаты СКС по стойкости к набуханию в дизельном масле, бензине, бензоле превосходят смеси на основе натурального каучука.
Бутадиен – стирольные каучуки – наиболее распространенные синтетические каучуки, которые в основном применяются для производства шин. Они находят широкое использование для производства транспортных лент, ремней, рукавов, различных резино-технических изделий, обуви и изделий народного потребления.
Композиции на основе бутадиен-стирольного и натурального каучуков, имеющие высокую твердость и износостойкость, используются в пищевом машиностроении, в частности, в мукомольном, зерновом производстве. В качестве латексов служат основой уплотнительных паст для герметизации стерилизуемой пищевой продукции, металлических колпачков, швов консервных банок, мастичных покрытий полов общественных и производственных зданий и др.
Бутадиен – нитрильные каучуки (СКН) являются сополимером бутадиена и акрилнитрила
[- СН2-СН=СН–СН2–СН2–СН- ]n
С≡N
CКН – желтоватое упругое вещество, имеющее незначительную прочность, удлинение при разрыве составляет 500-650%, но при наполнении газовой сажей показатели прочности и удлинения увеличиваются. Резины, полученные из бутадиен-нитрильного каучука, широко применяют при повышенных температурах (не выше 1400С), сохраняя при этом эластические свойства.
При пониженных температурах свойства СКН изменяются, особенно при увеличении содержания акрилнитрила. Оптимальным содержанием акрилнитрила (18%) в полимере, при котором каучук обладает наибольшей устойчивостью